(57)【要約】【課題】２つの部材の円環状継手を仮止めすることなく接合することが可能になるクランプ装置を提供する。【解決手段】クランプ装置１は、円形の凹所16を有するベース15と、凹所16内に嵌め入れられる円形の蓋18とを、蓋18の周縁部とベース15における凹所16の外周縁部とよりなる円環状継手19において全周にわたって接合する際に、蓋18をクランプする装置である。クランプ装置１は、クランプ本体２と、クランプ本体２における凹所16および蓋18の中心線の周りに回転自在となるようにクランプ本体２に取り付けられた押さえ具３とを備えている。【選択図】図１
2007111716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形穴を有する第１の部材と、円形穴内に嵌め入れられる円形部分を有する第２の部材とを、円形穴内に円形部分を嵌め入れた状態で、第２部材の円形部分の周縁部と第１部材における円形穴の周縁部とよりなる円環状継手を全周にわたって接合する際に、第２部材を、第１部材に対して移動しないようにクランプするクランプ装置であって、
クランプ本体と、第１部材における円形穴の中心線の周りに回転自在となるようにクランプ本体に取り付けられた押さえ具とを備えているクランプ装置。
【請求項２】
押さえ具が、ラジアル荷重とスラスト荷重を受ける転がり軸受を介してクランプ本体に回転自在に支持されている請求項１記載のクランプ装置。
【請求項３】
押さえ具に、第２部材に冷却媒体または加熱媒体を供給する媒体供給路が形成されている請求項１または２記載のクランプ装置。
【請求項４】
媒体供給路が、押さえ具の回転中心線上に形成された貫通穴からなる請求項３記載のクランプ装置。
【請求項５】
円形部分に、凸部または凹部が、その中心が円形部分の中心と合致するように形成された第２部材をクランプするものであり、押さえ具の押さえ面に、第２部材の凸部または凹部と嵌合する凹部または凸部が、その中心が押さえ具の回転中心と合致するように形成されている請求項１〜４のうちのいずれかに記載のクランプ装置。
【請求項６】
回転テーブルと、回転テーブル上に固定状に設けられた基盤と、第１部材を、円形穴の中心が回転テーブルの回転中心と合致するように基盤上に固定する第１部材クランプ装置と、請求項１〜５のうちのいずれかに記載されたクランプ装置とを備えている接合装置。
【請求項７】
円形穴を有する第１の部材と、円形穴内に嵌め入れられる円形部分を有する第２の部材とを、円形穴内に円形部分を嵌め入れた状態で、第２部材の円形部分の周縁部と第１部材における円形穴の周縁部とよりなる円環状継手を全周にわたって接合する接合方法であって、
クランプ本体と、第１部材における円形穴の中心線の周りに回転自在となるようにクランプ本体に取り付けられた押さえ具とを備えているクランプ装置を用意し、クランプ装置の押さえ具により第２部材を、第１部材に対して移動しないようにクランプした状態で、第１部材および第２部材を第１部材の円形穴の中心線の周りに回転させながら、第１部材と第２部材との円環状継手を接合する接合方法。
【請求項８】
押さえ具に、第２部材に冷却媒体または加熱媒体を供給する媒体供給路を形成しておき、押さえ具の媒体供給路を通して第２部材に冷却媒体または加熱媒体を供給しつつ、第１部材と第２部材との円環状継手を接合する請求項７記載の接合方法。
【請求項９】
第２部材の円形部分に、凸部または凹部を、その中心が円形部分の中心と合致するように形成しておき、クランプ装置の押さえ具に、第２部材の凸部または凹部と嵌合する凹部または凸部を、その中心が押さえ具の回転中心と合致するように形成しておき、第２部材の凸部または凹部と押さえ具の凹部または凸部とを嵌合させた状態で、クランプ装置の押さえ具により第２部材をクランプする請求項７または８記載の接合方法。
【請求項１０】
第１部材と第２部材との接合を摩擦攪拌接合法により行う請求項７〜９のうちのいずれかに記載の接合方法。
【請求項１１】
第１部材と第２部材との接合を溶融溶接法により行う請求項７〜９のうちのいずれかに記載の接合方法。
【請求項１２】
円形穴を有する第１の部材と、円形穴内に嵌め入れられる円形部分を有する第２の部材とが、円形穴内に円形部分を嵌め入れた状態で、第２部材の円形部分の周縁部と、第１部材における円形穴の周縁部とよりなる円環状継手が全周にわたって接合されている接合体であって、第１部材と第２部材との接合が請求項６〜１０のうちのいずれかの方法により行われている接合体。
【請求項１３】
円形の凹所を有するベースと、凹所内に嵌め入れられかつ凹所の開口を塞ぐ円形の蓋とを用意し、凹所の内周面における高さの中間部に、蓋の周縁部を受ける段部を形成しておき、蓋を凹所内に嵌め入れてその周縁部を段部上に乗せた後、ベースにおける凹所の開口周縁部と蓋の周縁部とよりなる円環状継手を接合する中空体の製造方法であって、
クランプ本体と、ベースにおける凹所の中心線の周りに回転自在となるようにクランプ本体に取り付けられた押さえ具とを備えているクランプ装置を用意し、クランプ装置の押さえ具により蓋をベースに対してクランプした状態で、ベースおよび蓋を凹所の中心線の周りに回転させながら、ベースと蓋との円環状継手を接合する中空体の製造方法。
【請求項１４】
押さえ具に、蓋に冷却媒体または加熱媒体を供給する媒体供給路を形成しておき、押さえ具の媒体供給路を通して蓋に冷却媒体または加熱媒体を供給しつつ、ベースと蓋とを接合する請求項１３記載の中空体の製造方法。
【請求項１５】
蓋に、凸部または凹部を、その中心が蓋の中心と合致するように形成しておき、クランプ装置の押さえ具に、蓋の凸部または凹部と嵌合する凹部または凸部を、その中心が押さえ具の回転中心と合致するように形成しておき、蓋の凸部または凹部と押さえ具の凹部または凸部とを嵌合させた状態で、クランプ装置の押さえ具により蓋をベースに対してクランプする請求項１３または１４記載の中空体の製造方法。
【請求項１６】
ベースと蓋との接合を摩擦攪拌接合法により行う請求項１３〜１５のうちのいずれかに記載の中空体の製造方法。
【請求項１７】
ベースと蓋との接合を溶融溶接法により行う請求項１３〜１５のうちのいずれかに記載の中空体の製造方法。
【請求項１８】
請求項１３〜１７のうちのいずれかに記載の方法により製造された中空体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２つの部材の円環状継手を接合する際に用いられるクランプ装置、接合装置および接合方法に関し、さらに詳しくは、円形穴を有する第１の部材と、円形穴内に嵌め入れられる円形部分を有する第２の部材とを、円形穴内に円形部分を嵌め入れた状態で、第２部材の円形部分の周縁部と第１部材における円形穴の周縁部とよりなる円環状継手を全周にわたって接合する際に、第２部材を、第１部材に対して移動しないようにクランプするクランプ装置、接合装置および接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば自動車産業、船舶産業、軍需産業、航空宇宙産業などの各種産業において利用される金属製品を製造するにあたり、円形穴を有する第１の部材と、円形穴内に嵌め入れられる円形部分を有する第２の部材とを、円形穴内に円形部分を嵌め入れた状態で、第２部材の円形部分の周縁部と第１部材における円形穴の周縁部とよりなる円環状継手を全周にわたって接合することがある。
【０００３】
具体的にいえば、円形の凹所を有するベースと、凹所内に嵌め入れられかつ凹所の開口を塞ぐ円形の蓋とよりなる金属中空体を製造する方法として、円形の凹所を有するベースと、凹所内に嵌め入れられかつ凹所の開口を塞ぐ円形の蓋とを用意し、凹所の内周面における高さの中間部に、蓋の周縁部を受ける段部を形成しておき、蓋を凹所内に嵌め入れてその周縁部を段部上に乗せた後、ベースにおける凹所の開口周縁部と蓋の周縁部とよりなる円環状継手を、ＭＩＧ溶接法、ＴＩＧ溶接法、レーザビーム溶接法、電子ビーム溶接法などの溶融溶接法により接合する方法や、上記円環状継手を摩擦攪拌接合法により接合する方法が知られている。
【０００４】
ところで、溶融溶接法においては、溶け込みの際に溶融池に働く圧力やシールドガスの圧力などを受けるため、あるいは溶接熱による収縮力を受けるため、被接合材が接合中に移動しないように固定しておく必要がある。また、摩擦攪拌接合法においては、プローブを両被接合材の間に埋入する際およびプローブと両被接合材とを相対的に移動させる際に、両被接合材に大きな力が加わるため、被接合材が接合中に移動しないように、溶融溶接法の場合よりもより強固に固定しておく必要がある。溶融溶接法および摩擦攪拌接合法のいずれの場合にも、接合中に被接合材が移動すると、得られた接合品の寸法精度が低下したり、接合不良が発生する。
【０００５】
そこで、中空体を構成するベースへの蓋の摩擦攪拌接合の際に、一般的な溶融溶接法や摩擦攪拌接合法により、予め蓋をベースに部分的に仮止めする方法が考えられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の方法では、仮止めのための工程が増えるので、ベースへの蓋の接合作業が面倒であるという問題がある。しかも、溶融溶接法により何カ所かで仮止めを行う場合、ブローホール、割れ、融合不良などの欠陥が生じやすいので、プリフローおよびクレータ処理などを本接合前に十分施す必要があり、その結果工程が増えて量産性が劣る。
【特許文献１】特開２００２−２４８５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、上記問題を解決し、２つの部材の円環状継手を仮止めすることなく接合することが可能になるクランプ装置、接合装置および接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、本発明は以下の態様からなる。
【０００９】
1)円形穴を有する第１の部材と、円形穴内に嵌め入れられる円形部分を有する第２の部材とを、円形穴内に円形部分を嵌め入れた状態で、第２部材の円形部分の周縁部と第１部材における円形穴の周縁部とよりなる円環状継手を全周にわたって接合する際に、第２部材を、第１部材に対して移動しないようにクランプするクランプ装置であって、
クランプ本体と、第１部材における円形穴の中心線の周りに回転自在となるようにクランプ本体に取り付けられた押さえ具とを備えているクランプ装置。
【００１０】
2)押さえ具が、ラジアル荷重とスラスト荷重を受ける転がり軸受を介してクランプ本体に回転自在に支持されている上記1)記載のクランプ装置。
【００１１】
3)押さえ具に、第２部材に冷却媒体または加熱媒体を供給する媒体供給路が形成されている上記1)または2)記載のクランプ装置。
【００１２】
4)媒体供給路が、押さえ具の回転中心線上に形成された貫通穴からなる上記3)記載のクランプ装置。
【００１３】
5)円形部分に、凸部または凹部が、その中心が円形部分の中心と合致するように形成された第２部材をクランプするものであり、押さえ具の押さえ面に、第２部材の凸部または凹部と嵌合する凹部または凸部が、その中心が押さえ具の回転中心と合致するように形成されている上記1)〜4)のうちのいずれかに記載のクランプ装置。
【００１４】
6)回転テーブルと、回転テーブル上に固定状に設けられた基盤と、第１部材を、円形穴の中心が回転テーブルの回転中心と合致するように基盤上に固定する第１部材クランプ装置と、上記1)〜5)のうちのいずれかに記載されたクランプ装置とを備えている接合装置。
【００１５】
7)円形穴を有する第１の部材と、円形穴内に嵌め入れられる円形部分を有する第２の部材とを、円形穴内に円形部分を嵌め入れた状態で、第２部材の円形部分の周縁部と第１部材における円形穴の周縁部とよりなる円環状継手を全周にわたって接合する接合方法であって、
クランプ本体と、第１部材における円形穴の中心線の周りに回転自在となるようにクランプ本体に取り付けられた押さえ具とを備えているクランプ装置を用意し、クランプ装置の押さえ具により第２部材を、第１部材に対して移動しないようにクランプした状態で、第１部材および第２部材を第１部材の円形穴の中心線の周りに回転させながら、第１部材と第２部材との円環状継手を接合する接合方法。
【００１６】
8)押さえ具に、第２部材に冷却媒体または加熱媒体を供給する媒体供給路を形成しておき、押さえ具の媒体供給路を通して第２部材に冷却媒体または加熱媒体を供給しつつ、第１部材と第２部材との円環状継手を接合する上記7)記載の接合方法。
【００１７】
9)第２部材の円形部分に、凸部または凹部を、その中心が円形部分の中心と合致するように形成しておき、クランプ装置の押さえ具に、第２部材の凸部または凹部と嵌合する凹部または凸部を、その中心が押さえ具の回転中心と合致するように形成しておき、第２部材の凸部または凹部と押さえ具の凹部または凸部とを嵌合させた状態で、クランプ装置の押さえ具により第２部材をクランプする上記7)または8)記載の接合方法。
【００１８】
10)第１部材と第２部材との接合を摩擦攪拌接合法により行う上記7)〜9)のうちのいずれかに記載の接合方法。
【００１９】
11)第１部材と第２部材との接合を溶融溶接法により行う上記7)〜9)のうちのいずれかに記載の接合方法。
【００２０】
12)円形穴を有する第１の部材と、円形穴内に嵌め入れられる円形部分を有する第２の部材とが、円形穴内に円形部分を嵌め入れた状態で、第２部材の円形部分の周縁部と、第１部材における円形穴の周縁部とよりなる円環状継手が全周にわたって接合されている接合体であって、第１部材と第２部材との接合が上記6)〜10)のうちのいずれかの方法により行われている接合体。
【００２１】
13)円形の凹所を有するベースと、凹所内に嵌め入れられかつ凹所の開口を塞ぐ円形の蓋とを用意し、凹所の内周面における高さの中間部に、蓋の周縁部を受ける段部を形成しておき、蓋を凹所内に嵌め入れてその周縁部を段部上に乗せた後、ベースにおける凹所の開口周縁部と蓋の周縁部とよりなる円環状継手を接合する中空体の製造方法であって、
クランプ本体と、ベースにおける凹所の中心線の周りに回転自在となるようにクランプ本体に取り付けられた押さえ具とを備えているクランプ装置を用意し、クランプ装置の押さえ具により蓋をベースに対してクランプした状態で、ベースおよび蓋を凹所の中心線の周りに回転させながら、ベースと蓋との円環状継手を接合する中空体の製造方法。
【００２２】
14)押さえ具に、蓋に冷却媒体または加熱媒体を供給する媒体供給路を形成しておき、押さえ具の媒体供給路を通して蓋に冷却媒体または加熱媒体を供給しつつ、ベースと蓋とを接合する上記13)記載の中空体の製造方法。
【００２３】
15)蓋に、凸部または凹部を、その中心が円形部分の中心と合致するように形成しておき、クランプ装置の押さえ具に、蓋の凸部または凹部と嵌合する凹部または凸部を、その中心が押さえ具の回転中心と合致するように形成しておき、蓋の凸部または凹部と押さえ具の凹部または凸部とを嵌合させた状態で、クランプ装置の押さえ具により蓋をベースに対してクランプする上記13)または14)記載の中空体の製造方法。
【００２４】
16)ベースと蓋との接合を摩擦攪拌接合法により行う上記13)〜15)のうちのいずれかに記載の中空体の製造方法。
【００２５】
17)ベースと蓋との接合を溶融溶接法により行う上記13)〜15)のうちのいずれかに記載の中空体の製造方法。
【００２６】
18)上記13)〜17)のうちのいずれかに記載の方法により製造された中空体。
【発明の効果】
【００２７】
上記1)のクランプ装置によれば、円形穴を有する第１の部材と、円形穴内に嵌め入れられる円形部分を有する第２の部材とを、円形穴内に円形部分を嵌め入れた状態で、第２部材の円形部分の周縁部と第１部材における円形穴の周縁部とよりなる円環状継手を全周にわたって接合する際に、押さえ具により第２部材を、第１部材に対して移動しないようにクランプすることができる。そして、この状態で、両部材を、第１部材の円形穴の中心線の周りに回転させながら、両部材の円環状継手を溶融溶接または摩擦攪拌接合する。ここで、押さえ具が第１部材における円形穴の中心線の周りに回転自在であるから、両部材の回転の妨げにはならない。
【００２８】
したがって、２つの部材の円環状継手を仮止めする必要がなく、接合作業を少ない工程で行うことができる。しかも、溶融溶接法により何カ所かで仮止めを行う場合のように、ブローホール、割れ、融合不良などの欠陥が生じることはなく、これをなくすための処理が不要になり、接合作業を少ない工程で行うことができる。その結果、接合作業の量産性が優れたものになる。
【００２９】
上記2)のクランプ装置によれば、押さえ具を確実にクランプ本体に対して回転自在に支持することができるとともに、押さえ具により第２部材をクランプした際に発生するスラスト荷重も受けることができる。
【００３０】
上記3)のクランプ装置によれば、第１部材と第２部材との円環状継手を摩擦攪拌接合する場合には、媒体供給路を通して第２部材に冷却媒体を供給しつつ行えば、摩擦攪拌接合時に発生する摩擦熱は冷却媒体に奪われるので、接合に要する時間が長い場合や、変形抵抗の大きい材質からなる被接合材を接合する場合や、熱の溜まりやすい形状の被接合材を接合する場合などにも、接合開始部と接合終了部の温度差が大きくなることが抑制されるとともに、接合部の長さ方向に関して接合品質に大きな差が生じることが抑制される。また、接合終了部における著しい温度上昇が抑制されるので、接合終了部での欠陥の発生が防止される。したがって、接合部の全体にわたって所定の接合強度を確保することができるとともに、接合ビードの外観が安定する。
【００３１】
また、第１部材と第２部材との円環状継手を溶融溶接する場合には、媒体供給路を通して第２部材に加熱媒体を供給しつつ行えば、両部材を予熱することができ、たとえば高張力鋼などのような低温割れ感受性の高い材料からなる部材を溶融溶接する場合には、予熱により溶接時の冷却速度を遅滞化させ、熱影響部の硬化を防止することにより、低温割れを抑制することができる。
【００３２】
上記4)のクランプ装置によれば、媒体供給路の構成が簡単になる。
【００３３】
上記5)のクランプ装置によれば、接合時に第２部材と押さえ具との中心の位置ずれを防止することができ、常に安定したクランプ状態が得られる。
【００３４】
上記6)の接合装置によれば、第１部材用クランプ装置により、第１部材を、円形穴の中心が回転テーブルの回転中心と合致するように基盤上に固定し、第１部材の円形穴内に第２部材の円形部分を嵌め入れ、上記1)〜5)のうちのいずれかに記載されたクランプ装置の押さえ具により第２部材を基盤にクランプする。この状態で、回転テーブルを回転させることによって両部材を回転させながら、両部材の円環状継手を溶融溶接または摩擦攪拌接合する。ここで、押さえ具が第１部材における円形穴の中心線の周りに回転自在であるから、両部材の回転の妨げにはならない。
【００３５】
したがって、第１部材と第２部材とを仮止めすることなく接合することができ、仮止めの工程が不要になる。したがって、接合作業の量産性が優れたものになる。
【００３６】
上記7)の接合方法によれば、クランプ本体と、クランプ本体に、第１部材における円形穴の中心線の周りに回転自在となるように取り付けられた押さえ具とを備えているクランプ装置を用意し、クランプ装置の押さえ具により第２部材を、第１部材に対して移動しないようにクランプした状態で、第１部材および第２部材を第１部材の円形穴の中心線の周りに回転させながら、両部材を接合するのであるから、第１部材と第２部材とを仮止めすることなく接合することができ、仮止めの工程が不要になる。したがって、接合作業の量産性が優れたものになる。しかも、押さえ具が第１部材における円形穴の中心線の周りに回転自在であるから、両部材の回転の妨げにはならない。
【００３７】
上記8)の接合方法によれば、第１部材と第２部材との円環状継手を摩擦攪拌接合する場合には、媒体供給路を通して第２部材に冷却媒体を供給しつつ行えば、摩擦攪拌接合時に発生する摩擦熱は冷却媒体に奪われるので、接合に要する時間が長い場合や、変形抵抗の大きい材質からなる被接合材を接合する場合や、熱の溜まりやすい形状の被接合材を接合する場合などにも、接合開始部と接合終了部の温度差が大きくなることが抑制されるとともに、接合部の長さ方向に関して接合品質に大きな差が生じることが抑制される。また、接合終了部における著しい温度上昇が抑制されるので、接合終了部での欠陥の発生が防止される。したがって、接合部の全体にわたって所定の接合強度を確保することができるとともに、接合ビードの外観が安定する。
【００３８】
また、第１部材と第２部材との円環状継手を溶融溶接する場合には、媒体供給路を通して第２部材に加熱媒体を供給しつつ行えば、両部材を予熱することができ、たとえば高張力鋼などのような低温割れ感受性の高い材料からなる部材を溶融溶接する場合には、予熱により溶接時の冷却速度を遅滞化させ、熱影響部の硬化を防止することにより、低温割れを抑制することができる。
【００３９】
上記9)の接合方法によれば、接合時に第２部材と押さえ具との中心の位置ずれを防止することができ、常に安定したクランプ状態が得られる。
【００４０】
上記13)の中空体の製造方法によれば、クランプ本体と、クランプ本体に、ベースにおける凹所の中心線の周りに回転自在となるように取り付けられた押さえ具とを備えているクランプ装置を用意し、クランプ装置の押さえ具により蓋をベースに対してクランプした状態で、ベースおよび蓋を凹所の中心線の周りに回転させながら、ベースと蓋との円環状継手を接合するのであるから、蓋をベースに仮止めすることなく接合することができ、仮止めの工程が不要になる。したがって、中空体の量産性が優れたものになる。しかも、押さえ具がベースにおける凹所の中心線の周りに回転自在であるから、蓋およびベースの回転の妨げにはならない。
【００４１】
上記14)の中空体の製造方法によれば、ベースと蓋との円環状継手を摩擦攪拌接合する場合には、媒体供給路を通して蓋に冷却媒体を供給しつつ行えば、摩擦攪拌接合時に発生する摩擦熱は冷却媒体に奪われるので、接合に要する時間が長い場合や、変形抵抗の大きい材質からなる被接合材を接合する場合や、熱の溜まりやすい形状の被接合材を接合する場合などにも、接合開始部と接合終了部の温度差が大きくなることが抑制されるとともに、接合部の長さ方向に関して接合品質に大きな差が生じることが抑制される。また、接合終了部における著しい温度上昇が抑制されるので、接合終了部での欠陥の発生が防止される。したがって、接合部の全体にわたって所定の接合強度を確保することができるとともに、接合ビードの外観が安定する。
【００４２】
また、ベースと蓋との円環状継手を摩擦攪拌接合する場合には、媒体供給路を通して蓋に加熱媒体を供給しつつ行えば、ベースおよび蓋を予熱することができ、たとえば高張力鋼などのような低温割れ感受性の高い材料からなるベースおよび蓋を溶融溶接する場合には、予熱により溶接時の冷却速度を遅滞化させ、熱影響部の硬化を防止することにより、低温割れを抑制することができる。
【００４３】
上記15)の中空体の製造方法によれば、接合時に蓋と押さえ具との中心の位置ずれを防止することができ、常に安定したクランプ状態が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図面を通じて同一部分および同一物には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００４５】
また、以下の説明において、各図面の上下を上下というものとする。
【００４６】
実施形態１
この実施形態は図１〜図３に示すものであり、この発明によるクランプ装置を、凹所を有するベースと、凹所内に嵌め入れられかつ凹所の開口を塞ぐ蓋とよりなる中空体を製造するのに適用したものである。
【００４７】
クランプ装置(1)は、アーム状のクランプ本体(2)と、クランプ本体(2)の先端部に回転自在に取り付けられた押さえ具(3)とを備えている。押さえ具(3)は、円柱状基部(3a)と、基部(3a)の下端に、基部(3a)と同心状に一体に形成された円盤状押さえ部(3b)とよりなる。押さえ具(3)の基部(3a)は、クランプ本体(2)の先端部に形成された貫通状の取付穴(2a)内に挿入され、クランプ本体(2)と基部(3a)との間に介在させられた転がり軸受(4)を介してクランプ本体(2)に回転自在に支持されている。転がり軸受(4)は、ラジアル荷重とスラスト荷重を受けるようになっていることが好ましい。また、転がり軸受(4)を構成する部品は、通常、高炭素クロム軸受鋼から形成されるが、耐熱鋼から形成されていることが好ましい。押さえ具(3)の下面には、下方から見て円形の凹部(5)が、その中心が押さえ具(3)の回転中心と合致するように形成されている。
【００４８】
クランプ装置(1)の押さえ具(3)には、冷却媒体を凹部(5)内に供給する媒体供給路(6)が形成されている。媒体供給路(6)は、押さえ具(3)における回転中心上に形成された上下方向に伸びる貫通穴からなる。また、押さえ具(3)には、媒体供給路(6)内に冷却媒体を送り込む冷却媒体供給管(7)が、媒体供給路(6)との上端部に通じるように接続されている。図示は省略したが、冷却媒体供給管(7)は、ロータリージョイントなどを用いて押さえ具(3)に対して回転自在となるように、押さえ具(3)に接続されていることが好ましい。
【００４９】
クランプ装置(1)は、回転テーブル(10)と、回転テーブル(10)上に固定状に設けられた基盤(11)と、基盤(11)上に設けられた第１部材クランプ装置(12)とともに、接合装置を構成する。なお、この接合装置において、クランプ装置(1)のクランプ本体(2)は上下動して、基盤(11)に対して接近、離間自在であるとともに、基盤(11)の上面と平行な水平面内で移動自在となっている。
【００５０】
中空体の製造に用いられるベース(15)には平面から見て円形の凹所(16)が形成されている。ベース(15)の凹所(16)内周面における底側の部分に、径方向内方に突出した段部(17)が形成されている。
【００５１】
中空体の製造に用いられる蓋(18)の肉厚は凹所(16)全体の深さよりも小さくかつ凹所(16)における段部(17)よりも上方の部分の深さと等しくなっている。蓋(18)の直径は、凹所(16)における段部(17)よりも上方の部分の内径と等しいか、あるいはこれよりも若干小さくなっている。蓋(18)の上面には、平面から見て円形の凸部(14)が、その中心が蓋(18)の中心と合致するように一体に形成されている。凸部(14)はクランプ装置(1)の押さえ具(3)の凹部(5)内にほぼぴったりと嵌るような高さおよび直径を有している。
【００５２】
ベース(15)および蓋(18)は、それぞれ、たとえばJIS Ａ２０００系合金、JIS Ａ５０００系合金、JIS Ａ６０００系合金およびJIS Ａ７０００系合金のうちのいずれかにより形成されている。ベース(15)および蓋(18)は同じ材料で形成されていてもよいし、あるいは異なる材料で形成されていてもよい。
【００５３】
ベース(15)および蓋(18)を用いて中空体を製造するにあたり、まずベース(15)を回転テーブル(10)の基盤(11)上に乗せ、第１部材クランプ装置(12)により基盤(11)にクランプする。
【００５４】
ついで、蓋(18)をベース(15)の凹所(16)内に嵌め入れてその周縁部を段部(17)に支持させることにより、ベース(15)における凹所(16)の周囲の部分の上面と蓋(18)の上面とを同一面内に位置させる。
【００５５】
ついで、クランプ装置(1)により蓋(18)をベース(15)にクランプする。すなわち、クランプ本体(2)を基盤(11)の表面と平行な水平面内で移動自在させるとともに、基盤(11)に接近させることにより、押さえ具(3)の凹部(5)内に蓋(18)の凸部(14)を嵌合する。そして、さらにクランプ本体(2)に基盤(11)側に移動させる力を加え、押さえ具(3)により蓋(18)をベース(15)に対してクランプする。こうして、ベース(15)における凹所(16)の開口周縁部と蓋(18)の外周縁部とにより、円環状継手(19)が形成される。
【００５６】
ついで、摩擦攪拌接合用工具(20)を用いてベース(15)と蓋(18)とを、その円環状継手(19)において摩擦攪拌接合する。
【００５７】
摩擦攪拌接合用工具(20)は、先端部にテーパ部を介して小径部(21a)が同軸上に一体に形成された円柱状回転子(21)と、回転子(21)の小径部(21a)の端面に小径部(21a)と同軸上に一体に形成されかつ小径部(21a)よりも小径であるピン状プローブ(22)とを備えている。回転子(21)およびプローブ(22)は、ベース(15)および蓋(18)よりも硬質でかつ接合時に発生する摩擦熱に耐えうる耐熱性を有する材料で形成されている。
【００５８】
そして、摩擦攪拌接合用工具(20)の回転子(21)およびプローブ(22)を回転させながら、円環状継手(19)における周方向の１箇所に、ベース(15)における凹所(16)の開口周縁部と蓋(18)の周縁部とに跨るように外側から摩擦攪拌接合用工具(20)のプローブ(22)を埋入するとともに、工具(20)における小径部(21a)とプローブ(22)との間の肩部(21b)を、ベース(15)および蓋(18)の上面に押し付ける（図３参照）。
【００５９】
ついで、回転子(21)およびプローブ(22)を回転させながら、ベース(15)および蓋(18)と摩擦攪拌接合用工具(20)とを相対的に移動させることによって、プローブ(22)を円環状継手(19)の周方向に移動させる。
【００６０】
すると、プローブ(22)の回転により発生する摩擦熱と、ベース(15)および蓋(18)と肩部(21b)との摺動により発生する摩擦熱とによって、円環状継手(19)の近傍においてベース(15)および蓋(18)の母材となる金属は軟化するとともに、この軟化部がプローブ(22)の回転力を受けて攪拌混合され、さらにこの軟化部がプローブ(22)通過溝を埋めるように塑性流動した後、摩擦熱を失って冷却固化するという現象が、プローブ(22)の移動に伴って繰り返されることにより、ベース(15)と蓋(18)とが接合されていく。（図４参照）。
【００６１】
上述したベース(15)と蓋(18)との摩擦攪拌接合の際に、冷却媒体を、冷却媒体供給管(7)を通して媒体供給路(6)内に送り込み続ける。冷却媒体としては、気相のものを用いることが好ましい。すると、上記摩擦熱が奪われ、ベース(15)および蓋(18)、特にベース(15)に比べて熱容量の小さい蓋(18)の著しい温度上昇が抑制される。
【００６２】
そして、プローブ(22)が円環状継手(19)の全周にわたって移動したときに、ベース(15)における凹所(16)の開口周縁部と蓋(18)の周縁部とが全周にわたって接合される。ついで、プローブ(22)が埋入位置に戻った後、好ましくは埋入位置を通過した後に、プローブを円環状継手の接線方向に直線的に移動させ、ベース(15)の外周に配置した当て部材（図示略）までプローブを移動させ、ここでプローブ(22)を引き抜く。こうして、ベース(15)と蓋(18)とが摩擦攪拌接合され、中空体が製造される。
【００６３】
実施形態２
この実施形態は図５に示すものであり、この発明によるクランプ装置(1)を、円形穴を有する第１の部材と、円形穴内に嵌め入れられる円形部分を有する第２の部材とを接合するのに適用したものである。
【００６４】
第１部材(25)は板状で、円形穴(26)が貫通状に形成されている。第２部材(27)は、円筒状部分(27a)と、円筒状部分(27a)の下端に外方に張り出すように一体に形成されかつ外周縁が円形となっている外向きフランジ(27b)（円形部分）とよりなる。円筒状部分(27a)と外向きフランジ(27b)の中心は一致している。外向きフランジ(27b)の外径は、第１部材(25)の円形穴(26)内にぴったりと嵌るような寸法となっている。また、外向きフランジ(27b)の肉厚は第１部材(25)の肉厚と等しくなっている。
【００６５】
第１および第２部材(25)(27)は、それぞれ、たとえばJIS Ａ２０００系合金、JIS Ａ５０００系合金、JIS Ａ６０００系合金およびJIS Ａ７０００系合金のうちのいずれかにより形成されている。第１および第２部材(25)(27)は同じ材料で形成されていてもよいし、あるいは異なる材料で形成されていてもよい。
【００６６】
全体の図示は省略したが、第１部材(25)と第２部材(27)との接合は、実施形態１で使用した接合装置を用いて行うものとする。
【００６７】
まず、第１部材(25)を、回転テーブル(10)の基盤(11)上に乗せ、第１部材クランプ装置(12)により基盤(11)にクランプする。
【００６８】
ついで、第２部材(27)の外向きフランジ(27b)を第１部材(25)の円形穴(26)内に嵌め入れ、第１部材(25)における円形穴(26)の周囲の部分の上面と第２部材(27)の外向きフランジ(27b)の上面とを同一面内に位置させる。
【００６９】
ついで、押さえ具(3)の回転中心と第２部材(27)の円筒状部分(27a)および外向きフランジ(27b)の中心とが一致するように、クランプ装置(1)により第２部材(27)を基盤(11)にクランプし、第２部材(27)が第１部材(25)に対して移動しないようにする。すなわち、クランプ本体(2)を基盤(11)の表面と平行な水平面内で移動自在させるとともに、基盤(11)に接近させることにより、押さえ具(3)の回転中心と第２部材(27)の円筒状部分(27a)の中心とが一致するように、押さえ具(3)の凹部(5)内に第２部材(27)の円筒状部分(27a)の上端部を嵌め、さらにクランプ本体(2)に、基盤(11)側に移動させる力を加え、押さえ具(3)により第２部材(27)を基盤(11)にクランプし、第２部材(27)が第１部材(25)に対して移動しないようにする。
【００７０】
こうして、第１部材(25)の円形穴(26)の開口周縁部と第２部材(27)の外向きフランジ(27b)の外周縁部とにより、円環状継手(28)が形成される。
【００７１】
ついで、摩擦攪拌接合用工具(20)を用いて、実施形態１の場合と同様に、両部材(26)(27)を円環状継手(28)において摩擦攪拌接合する。この摩擦攪拌接合の際に、冷却媒体を、媒体供給管(7)を通して媒体供給路(6)内に送り込み続ける。冷却媒体としては、気相のものを用いることが好ましい。すると、摩擦熱が奪われ、両部材(25)(27)の温度上昇が抑制される。
【００７２】
実施形態３
この実施形態は図６に示すものであり、この発明によるクランプ装置(1)を、円形穴を有する第１の部材と、円形穴内に嵌め入れられる円形部分を有する第２の部材とを接合するのに適用したものである。
【００７３】
第１部材(30)は板状で、円形穴(31)が貫通状に形成されている。第２部材(32)は、第１部材(30)と同厚の円形板状であり、その外径は円形穴(31)にぴったりと嵌め入れられるような大きさである。また、第２部材(32)は、全体が、円形穴(31)内に嵌め入れられる円形部分となっている。
【００７４】
第１および第２部材(30)(32)は、それぞれ、たとえばJIS Ａ２０００系合金、JIS Ａ５０００系合金、JIS Ａ６０００系合金およびJIS Ａ７０００系合金のうちのいずれかにより形成されている。第１部材(30)と第２部材(32)とは異なる材料で形成されている。
【００７５】
全体の図示は省略したが、第１部材(30)と第２部材(32)との接合は、実施形態１で使用した接合装置を用いて行うものとする。
【００７６】
まず、第１部材(30)を、回転テーブル(10)の基盤(11)上に乗せ、第１部材クランプ装置(12)により基盤(11)にクランプする。
【００７７】
ついで、第２部材(32)を第１部材(30)の円形穴(31)内に嵌め入れ、第１部材(30)における円形穴(31)の周囲の部分の上面と第２部材(32)の上面とを同一面内に位置させる。
【００７８】
ついで、押さえ具(3)の回転中心と第１部材(30)の円形穴(31)および第２部材(32)の中心とが一致するように、クランプ装置(1)により第２部材(32)を基盤(11)にクランプし、第２部材(32)が第１部材(30)に対して移動しないようにする。すなわち、クランプ本体(2)を基盤(11)の表面と平行な水平面内で移動自在させるとともに、基盤(11)に接近させることにより、押さえ具(3)の回転中心と第２部材(32)の中心とが一致するように、押さえ具(3)を第２部材(32)上に乗せ、さらにクランプ本体(2)に、基盤(11)側に移動させる力を加え、押さえ具(3)により第２部材(32)を基盤(11)にクランプし、第２部材(32)が第１部材(30)に対して移動しないようにする。
【００７９】
こうして、第１部材(30)の円形穴(31)の開口周縁部と第２部材(32)の外周縁部とにより、円環状継手(33)が形成される。
【００８０】
ついで、摩擦攪拌接合用工具(20)を用いて、実施形態１の場合と同様に、両部材(30)(31)を円環状継手(33)において摩擦攪拌接合する。この摩擦攪拌接合の際に、冷却媒体を、媒体供給管(7)を通して媒体供給路(6)内に送り込み続ける。冷却媒体としては、気相のものを用いることが好ましい。すると、摩擦熱が奪われ、両部材(30)(31)の温度上昇が抑制される。
【００８１】
なお、実施形態３のように、第２部材(32)の上面が全体に平面である場合には、クランプ装置(1)の凹部(5)は必ずしも必要としない。
【００８２】
実施形態４
この実施形態は図７に示すものであり、この発明によるクランプ装置(1)を、円形穴を有する第１の部材と、円形穴内に嵌め入れられる円形部分を有する第２の部材とを接合するのに適用したものである。
【００８３】
第１部材(35)は板状で、円形穴(36)が貫通状に形成されている。第２部材(37)は円筒状で、その外径が円形穴(36)にぴったりと嵌め入れられるような大きさである。そして、第２部材(37)の下端部が、第１部材(35)の円形穴(36)内に嵌め入れられる円形部分(37a)となっている。
【００８４】
第１および第２部材(35)(37)は、それぞれ、たとえばJIS Ａ２０００系合金、JIS Ａ５０００系合金、JIS Ａ６０００系合金およびJIS Ａ７０００系合金のうちのいずれかにより形成されている。第１および第２部材(35)(37)はは同じ材料で形成されていてもよいし、あるいは異なる材料で形成されていてもよい。
【００８５】
全体の図示は省略したが、第１部材(35)と第２部材(37)との接合は、実施形態１で使用した接合装置を用いて行うものとする。
【００８６】
また、この実施形態４においては、押さえ具(3)には、媒体供給路(6)内に加熱媒体を送り込む加熱媒体供給管(38)が、媒体供給路(6)との上端部に通じるように、回転自在に接続されている。
【００８７】
まず、第１部材(35)を、回転テーブル(10)の基盤(11)上に乗せ、第１部材クランプ装置(12)により基盤(11)にクランプする。
【００８８】
ついで、第２部材(37)の円形部分(37a)を第１部材(35)の円形穴(36)内に嵌め入れる。ついで、押さえ具(3)の回転中心と第１部材(35)の円形穴(36)および第２部材(37)の中心とが一致するように、クランプ装置(1)により第２部材(37)を基盤(11)にクランプする。すなわち、クランプ本体(2)を基盤(11)の表面と平行な水平面内で移動自在させるとともに、基盤(11)に接近させることにより、押さえ具(3)の回転中心と第１部材(35)の円形穴(36)および第２部材(37)の中心とが一致するように、押さえ具(3)を第２部材(37)上に乗せ、さらにクランプ本体(2)に、基盤(11)側に移動させる力を加え、押さえ具(3)により第２部材(37)を基盤(11)にクランプし、第２部材(37)が第１部材(35)に対して移動しないようにする。
【００８９】
こうして、第１部材(35)の円形穴(36)の開口周縁部と第２部材(37)の円形部分(37a)の外周縁部とにより、円環状継手(39)が形成される。
【００９０】
ついで、溶融溶接装置(40)を用いて、アーク溶接法、レーザビーム溶接法、電子ビーム溶接法などにより、円環状継手(39)において第１部材(35)上面の円形穴(36)の周縁部と、第２部材(37)の円形部分(37a)とを溶接する。
【００９１】
この溶融溶接を実施する前の段階において、加熱媒体を、加熱媒体供給管(38)を通して媒体供給路(6)内に送り込む。加熱媒体としては、気相のものを用いることが好ましい。すると、両部材の予熱を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】この発明によるクランプ装置を用いた実施形態１の方法を示す接合開始前の垂直断面図である。
【図２】この発明によるクランプ装置を用いた実施形態１の方法を示す接合開始前の斜視図である。
【図３】この発明によるクランプ装置を用いた実施形態１の方法を示す接合開始後の垂直断面図である。
【図４】この発明によるクランプ装置を用いた実施形態１の方法を示す接合開始後の斜視図である。
【図５】この発明によるクランプ装置を用いた実施形態２の方法を示す接合開始前の垂直断面図である。
【図６】この発明によるクランプ装置を用いた実施形態３の方法を示す接合開始前の垂直断面図である。
【図７】この発明によるクランプ装置を用いた実施形態４の方法を示す接合開始前の垂直断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
(1)：クランプ装置
(2)：クランプ本体
(3)：押さえ具
(4)：転がり軸受
(5)：凹部
(6)：媒体供給路
(10)：回転テーブル
(11)：基盤
(12)：第１部材クランプ部材
(15)：ベース
(16)：凹所
(17)：段部
(18)：蓋
(19)：円環状継手
(25)(30)(35)：第１部材
(26)(31)(36)：円形穴
(27)(32)(37)：第２部材
(27a)：外向きフランジ（円形部分）
(28)(33)(39)：円環状継手
(37a)：円形部分
【図１】
2007111716.tif 000003
【図２】
2007111716.tif 000004
【図３】
2007111716.tif 000005
【図４】
2007111716.tif 000006
【図５】
2007111716.tif 000007
【図６】
2007111716.tif 000008
【図７】
2007111716.tif 000009